第７卷第４期 ２０１７年８月 智能计算机与应用
Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖ０Ｉ．７ Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１７
数字化校园云平台的设计与实现 徐安令 （德宏师范高等专科学校教技中心，云南芒市６７８４００）
摘要：云平台部署校园应用系统具有较大的优势，既可提供大量的服务功能、降低建设成本，又能够提高系统的运行效率。本文 首先分析数字化校园建设的现状，然后研究云平台的设计、实现、运行和测试，为建设数字化校园云平台提供参考。 关键词：云平台；设计；实现；虚拟化 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５—２１６３（２０１７）０４—００６７—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｍｐｕｓ ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ＸＵ Ａｎｌｉｎｇ （Ｃｅｎｔｅｒｆｏｒ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｌｅａｒｎｉｎｇ，Ｄｅｈｏｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒ＇ｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｍａｎｇｓｈｉ Ｙｕｎｎａｎ ６７８４００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｍｐｕｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｐｌｏｙｅｄ ｗｉｔｈ ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓ ｇｒｅａｔｅｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ、ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｍｐｕｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｍｐｕｓ ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｄｅｓｉｇｎ；ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ
０引 言 随着数字化校园应用的不断发展，各类各级学校对服务 器数量、可靠性、稳定性等提出了切实高端的要求，要求提高 服务器响应时间并获得大量的磁盘存储空间等。由于受到建 设成本的限制，不可能也没有必要通过购买大量服务器来部 署应用系统。为提高信息化建设的水平，解决当前存在的问 题，需要在新的技术架构下展开研发设计，基于云平台的数字 化校园建设具有很好的应用前景。 数字化校园建设现状分析 １．１服务器计算能力现状分析 随着数字化校园的大范围推广普及，校园应用系统少则 几十个，多则上百。如果每个系统都独占自己的服务器，那么 建设成本就会很高。因此，数字化校园建设对服务器的计算 能力提出更高要求。 服务器虚拟化是一种可在单台物理机上有效运行多个虚 拟机的热点技术…。服务器虚拟化技术可以实现对原有及 新购服务器的集中和整合，充分地利用了学校服务器资源，大 大提高了服务器计算速度，一次投入就可以降低建设成本和 总体运维成本，所以在数字化校园建设中引入服务器虚拟化 基金项目：云南省教育厅２０１７年科学研究基金资助项目 （２０１７ＺＺＸ２７６）。 作者简介：徐安令（１９７９－），男，硕士，讲师，主要研究方向：数据库应 用、程序设计、云计算。 收稿日期：２０１７—０３—２５ 是非常有必要的。 １．２数据存储能力现状分析 数据是重要的信息资源，学校每天都要产生大量的数据， 对数据的存储设计则尤显其基础性的支持作用。随着数字化 校园应用规模的进一步扩大，信息更新快，信息量增加也随即 更趋可观，对存储空间的需求量就将呈现出激增态势。 存储虚拟化就是把多个存储介质模块通过一定的技术手 段集中到存储池 Ｊ。虚拟存储池其实是一个超强的存储系 统，可以按需进行存储的分配。所以，存储虚拟化是解决海量 数据存储的最佳方式。 １．３网络传输能力现状分析 数字化校园系统中，一些子系统具有实时发布、实时处理 的功能，这些应用系统的使用对数字化校园的网络传输能力 和稳定性提出了实时增进式的技术要求。 随着服务器虚拟化和存储虚拟化的发展，网络虚拟化也 随即出现，可以通过软件虚拟交换机实现，在虚端口级配置网 络参数，感知虚拟机的存在，提供大量的网络资源，从而提高 数据传输的能力。网络虚拟化作为虚拟化技术的重要组成部 分，在云平台建设中提高了数据的传输能力。 １．４系统安全现状分析 校园应用系统涉及教学、科研、管理等方面的工作，应用 的广泛和功能的强大决定了内含子系统数量上的繁多，其安 全性不容忽视。 服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化从客观上保证 了对数字化校园的安全防护。其中，服务器虚拟化实现了数 字化校园系统与物理服务器的隔离，在云计算中心划分资源 池，创建虚拟机，虚拟机与物理机相隔离；存储虚拟化可以在 云平台划分虚拟存储空间与物理服务器衔接，按需对存储进 行分配；网络虚拟化提高了网络安全防护能力，实现系统软件 ・６８・ 智能计算机与应用 第７卷 卜ｊ物理设备相隔离。 ２数字化校园云平台体系架构设计 平台的体系架构，是支撑和提供网络资源集中化管理、信 息资源共享利用、平台应用服务架构的技术基础结构 。图 １即为数字化校园云乎台的体系架构图，云平台一般由标准 体系、毯础平台体系、安全体系三部分组成。其中，基础平台 体系足云平台的核心。在此，针对每一部分的结构设计给出 曳“下的研究阐释 、 厂 、 匾匿匿圈… ． Ｉ统一信息Ｉ Ｉ统一身份ｌ １共享数据ｌ ｌ『］户平台ｌ ｌ认证平台ｌ Ｉ中心平台 匾困叵 数 化校闻 平台体系架构 图１平台体系架构图 Ｆｉｇ．１ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ １）基础设施层（ＩａａＳ）是数字化校园云平台的最底层。通 过虚拟化技术，呵以在 平台上，按需分配相应的资源等，在 虚拟机ｆ 安装并运行不同操作系统。每个虚拟机都安排管理 员对其进行管理，管理员完全可以利用和控制自己的虚拟机 系统，臼主决定运行什么样的应用。 ２）平台管理层（ＰａａＳ）是数字化校园云平台的第二层，也 足平台的核心层，包括了系统软件、数据中心、资源管理、门户 管理等 ３）软件即服务（ＳａａＳ）是数字化校园云平台建设的最终 日的层，即创建虚拟资源提供服务，主要是数字化校园系统的 部署和应用。目前，本校的十几个应用系统主要提供的就是 ＳａａＳ服务 ３数字化校园云平台实现 ３．１ 云平台的网络拓扑结构 为了提高学校网络资源的利用率和应用系统的服务能 力，必须按照先进性、实用性、开放性、可靠性、安全性和经济 性设计原则对云平台进行建设，运用服务器虚拟化和存储虚 拟化技术整合资源，通过物理交换和虚拟交换将二者联通，建 云平台资源池。云平台的网络拓扑结构好坏会影响到平台 的可靠性和稳定性，现经反复多次的分析、设计和研究，数字 化校园云平台的网络拓扑实现可如图２所示。
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云计算光纤存储阵列 ■■＿ ——
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云计算备份・体机
图２云平台网络拓扑 Ｆｉｇ．２ Ｃｌｏｕｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ
３．２云平台的资源配置 ３．２．１ 平台硬件资源配置方案 云汁算资源服务器群由４台四路服务器组成，最大可以 支持４个英特尔至强处理器ＸｅｏｎＸｅｏｎＥ７—８８６７ｖ３（２．５ ＧＨｚＪ ｌ６ｃ）／９．６ＧＴ４５ＭＬ３，３２个内存插槽最大町以定制生成２ ＴＢ的 内存池。 ２台四路服务器组成核心数据库双机系统，能够通过控 制软件实现核心数据应用的不中断。１台双路服务器为云平 台的管理服务器，承载平台的资源配置、管理功能，当然其功 能也可以由资源池中的１台虚拟机（ＶＭ）来调制设定。 整个云平台和数据库平臼的数据存储在高端存储（磁盘 阵列）上，服务器通过冗余光纤链路和冗余的光纤交换机连 接到存储上，保证数据的集中管理和访问的高可用。 云计算备份…体机作为云平台和数据库系统的备份设 施，提供数据保护的最后一道“防线”，做到有备无患 、 ３．２．２平台网络资源配置 配置服务器与存储设备、服务器与服务器的互联互通即 为平台网络资源配置．． 存储网络配嚣方面，通过光纤交换机将服务器和存储设 备建立网络连接，形成存储网络架构，可以按需给服务器分配 存储空间。 在服务器集群网络方面，主要构建２类配置：一是配置物 理服务器之问的网络连接；二是采用网络虚拟化技术配置虚 拟服务器之间的网络连接。 ３．２．３平台软件资源配置 平台采用开放性的系统架构及模块化设计。虚拟化平台 采用Ｘｅｎ虚拟化技术实现，采用Ｏｒａｃｌｅ提供对数据库平台数 据的管理，井安装管理平台软件Ｉｎｓｐｕｒ ｉＣｅｎｔｅｒ。为了满足不 同应用系统对不同类型操作系统的需求，创建虚拟机可以选
茸－白怀准体系 一 一 第４期 徐安令：数字化校园云平台的设计与实现 ・６９・ 择Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ ２００８ Ｒ２（６４一ｂｉｔ）、ＬｉｎｕｘＲｅｄＨａｔ一６．３—６４、 ＣｅｎｔＯＳ ６．０等多类操作系统。 ３．３校园应用系统部署 ３．３．１建立统一的学校信息门户平台 在统一的门户平台上，每个师生员工可以根据自己的喜 好定制应用界面，可以浏览、查询到相互关联的数据，并方便 地进行相关的事务处理。 ３．３．２建立统一身份认证系统 在数字化校园中，每个师生的身份是不重复的，师生用户 采用单点登录的方式。统一身份认证系统可保证师生在学校 门户网站直接登录。师生用户一次登录，多次使用。不需要 每次使用时输入账号和密码，也不必为每个应用系统设置相 应的账号和密码，实现“一次认证，到处通行”，这给用户使用 各业务系统带来了极大的方便。 ３．３．３部署其它应用系统 在整合迁移原有站群系统、财务管理系统、教务管理系 统、图书管理系统的同时，部署校园其它应用系统，如ＯＡ系 统、学工管理系统、综合查询系统、人事管理系统等等。
４数字化校园云平台运行与测试 ４．１平台运行 平台运行后，管理员可以通过登录Ｉｎｓｐｕｒ ｉＣｅｎｔｅｒ管理平 台，查看平台运行的性能状态和资源利用率，包括ＣＰＵ、内 存、存储、网络等资源，从以上信息可以了解平台资源的利用 率，对平台的运行性能在简单分析后可得概述内容如下。 １）ＣＰＵ资源。每个结点１２８个，共计５１２个，已分配１７８ 个，目前虚拟机数量为２８台。完全可以满足数字化校园系统 及其他实验系统的部署应用。 ２）内存资源。每个结点约１２８ ＧＢ，共计５１２ ＧＢ，已使用 ２７０ ＧＢ，利用率５３％，能够满足目前数字化校园各业务系统 的内存需求。 ３）存储资源 ①磁盘阵列，空间１０ ９０５ ＧＢ，已分配９ ３８６．６ ＧＢ，利用率 ８６％： ②资源服务器，Ａ结点利用率６％，Ｂ结点利用率８％， Ｃ结点利用率１０％，Ｄ结点利用率７％。能为各应用系统提供 充足的存储空间。 ４）网络资源。服务器地址段１Ｏ．１０．１０．０—１０．１０．１０．２５４，每 台虚拟机配置ＩＰ地址１个，能满足扩展的需要。 ４．２平台测试 平台的测试主要是在平台上部署应用数字化校园系统 后，对平台设计展开的功能、性能、负载等测试。 首先，测试平台能否支持多种操作系统，如表１所示测试 用例，能成功安装Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ、ＲｅｄＨａｔ Ｌｉｎｕｘ等操作系统， 平台运行良好，没有出现异常情况。 其次，在云平台上部署应用系统后，对其将引入性能测 试。现对国有资产管理系统进行测试，如表２所示，国有资产 管理系统在数字化校园云平台上运行良好，远程访问正常。